Python的3D可视化库 - vedo (1)简介和模块功能概览

文章目录

1. vedo和它支持的功能简介
- 1.1 安装vedo
- 1.2 命令行接口
- 1.3 导出3D文件
- 1.4 文件格式转换
2. vedo模块功能概览
- 2.1 绘制和渲染
- - `visual` 管理可视化、对象及其属性的显示的基类
  - `plotter` 3D渲染
  - `colors` 定义和显示颜色
  - `dolfin` FEniCS/Dolfin库的支持
- 2.2 图形数据管理
- - `mesh` 多边形网格
  - `pointcloud` 点云
  - `shapes` 简单或复杂的几何图形
  - `volume` 使用体素
  - `grids` 四面体网格
  - `image` 普通2D图片
  - `assembly` 图形对象组合
  - `pyplot` 高级绘制功能
  - `core` 为不同的vedo对象提供功能的基类
  - `transformations` 线性或非线性变换
- 2.3 附加功能和配置
- - `addons` 添加附带的轴、图例、光源等
  - `applications` 可交互的功能
  - `file_io` 读入和导出
  - `utils` 公用工具
  - `interactor_modes` 自定义交互模式
  - `setting` 改变全局行为和风格的设置
3. 模块类的继承关系
- 3.1 core、visual、volume
- 3.2 grids
- 3.3 pointcloud
- 3.4 mesh
- 3.5 shapes
- 3.6 assembly
- 3.7 addons
- 3.8 applications

1. vedo和它支持的功能简介

vedo是用于3D对象和点云的科学分析的python模块。基于VTK和numpy实现。

1.1 安装vedo

pip install vedo

测试

import vedo

vedo.Cone().show(axes=1).close()

1.2 命令行接口

vedo库包含了命令行接口，可以使用vedo --help查看。

1.3 导出3D文件

在弹出的3D场景窗口，按E键，可以把当前的3D场景保存为一个普通的numpy文件。
按F可以导出为html网页。

1.4 文件格式转换

使用命令行转换文件格式

# 将obj格式转为ply格式
vedo --convert bunny.obj --to ply

2. vedo模块功能概览

2.1 绘制和渲染

`visual` 管理可视化、对象及其属性的显示的基类

类或方法	说明
`CommonVisual`	管理所有对象的公共可见项的类
`PointsVisual`	管理点对象的可见项的类
`VolumeVisual`	管理体积对象的可见项的类
`MeshVisual`	管理体积对象的可见项的类
`ImageVisual`	管理所有对象的公共可见项的类
`Actor2D`	对`vtkActor2D`的封装
`LightKit`	光工具套件，包括3种光源，主光灯、补光灯、头灯

`plotter` 3D渲染

类或方法	说明
`Plotter`	管理对象的主类
`show`	在空白页创建`Plotter`实例，并展示给定的对象
`close`	关闭最后创建的`Plotter`

`colors` 定义和显示颜色

类或方法	说明
`printc`	使用各种颜色输出内容到终端
`printd`	输出关于环境的调试信息。局部变量会输出它们的当前值。
`get_color`	将其它格式的颜色转换为`(r,g,b)`格式
`get_color_name`	找最接近的颜色的名称
`color_map`	将数值映射到色阶
`build_palette`	通过在HSV或RGB空间线性插值生成N个颜色
`build_lut`	在查找表中生成颜色

`dolfin` FEniCS/Dolfin库的支持

类或方法	说明
`plot`	绘制对象。输入的对象除了`Mesh`、`Volume`外，还可以是`dolfin.Mesh`、`dolfin.MeshFunction`、`dolfin.Expression`、`dolfin.Function`

2.2 图形数据管理

`mesh` 多边形网格

类或方法	说明
`Mesh`	创建一个由`vedo.PointCloud`派生的`Mesh`的实例

`pointcloud` 点云

类或方法	说明
`Points`	点云
`Point`	创建一个简单的点
`CellCenters`	在任意类型对象的单元格的中心生成`Points`
`merge`	输入对象组合，创建新的`Mesh`或`Points`。类似`Assembly`，但是merge会让输入的对象称为一个单独的实体
`fit_line`	通过点拟合线
`fit_circle`	通过3D点拟合圆
`fit_plane`	一组点拟合一个平面
`fit_sphere`	一组点拟合一个球体
`pca_ellipse`	创建包含指定百分比的点的2D椭圆，PCA用来计算椭圆方向
`pca_ellipsoid`	创建包含指定百分比的点的椭球体，PCA用来计算椭圆方向

`shapes` 简单或复杂的几何图形

类或方法	说明
`Maker`	生成标记。一般和`Glyph`联用
`Line`	构造两个点之间的线段
`DashedLine`	构造两个点之间的虚线。建议使用`Line.pattern()`。
`RoundedLine`	生成指定宽度、穿过一系列点的2D线段，线段的边缘是圆的
`Tube`	沿着点集定义的线段，创建一个管
`Tubes`	在`Lines`对象的周围创建管
`ThickTube`	沿着线创建带厚度的管
`Lines`	从两个列表的对应点之间创建线段
`Spline`	找到穿过点集的B样条曲线。
`KSpline`	返回准确穿过所有点的Kochanek样条曲线
`CSpline`	返回准确穿过所有点的Cardinal样条曲线
`Bezier`	生成贝塞尔曲线，连接第一个和最后一个点。
`Brace`	创建花括号
`NormalLines`	创建`Glyph`，在单元格中心或网格顶点显示法线
`Ribbon`	联结两条线段，生成它们之间的平面
`Arrow`	指定起点、终点和尺寸，创建3D箭头。
`Arrows`	从两个列表的对应点之间创建箭头
`Arrow2D`	创建2D箭头
`Arrows2D`	从两个列表的对应点之间创建2D箭头
`FlatArrow`	通过联结两条线段，在3D空间创建2D箭头
`Polygon`	在xy平面创建多边形
`Triangle`	根据空间中的3个点创建三角形
`Rectangle`	在xy平面创建矩形
`Disc`	创建2D圆环
`Circle`	创建圆
`GeoCircle`	创建圆，其形状像是投影在地图上，越靠近两极就越扁
`Arc`	在两点之间创建圆弧
`Star`	创建2D五角星
`Star3D`	创建3D五角星
`Cross3D`	创建3D十字形
`IcoSphere`	创建由一致的三角形网格组成的球体
`Sphere`	创建球体
`Spheres`	创建大量的球体
`Earth`	创建表示地球的带纹理的网格
`Ellipsoid`	创建3D椭圆体
`Grid`	均匀或不均匀的2D格子
`TessellatedBox`	创建多个四元组构成的立方体网格
`Plane`	创建平面
`Box`	创建指定大小的框
`Cube`	创建立方体
`Spring`	创建弹簧模型
`Cylinder`	指定高度和半径，创建圆柱体
`Cone`	指定高度和半径，创建圆锥体
`Pyramid`	创建椎体
`Torus`	创建圆环
`Paraboloid`	创建抛物线体
`Hyperboloid`	创建双曲线体
`TextBase`	文本的基类，不可实例化
`Text3D`	创建表示文本的3D多边形网格
`Text2D`	创建2D文本
`CornerAnnotation`	使用2D文本在窗口角落加注释
`Latex`	渲染Latex文本和公式
`Glyph`	网格之间的公共顶点定义为`glyph`，可以控制其方向和颜色
`Tensors`	张量，其几何学表示在一个区域或一组点上定义
`ParametricShape`	用于演示的内置图形集
`ConvexHull`	由点集创建2D或3D的凸面包
`VedoLogo`	创建3D的vedo图标

`volume` 使用体素

类或方法	说明
`Volume`	使用体素数据集

`grids` 四面体网格

类或方法	说明
`UnstructuredGrid`	对vtk的`UnstructuredGrid`对象的支持
`TetMesh`	描述四面体网格的类
`RectilinearGrid`	创建直线网格的数据集，其中的边都平行于坐标轴
`StructuredGrid`	创建结构化网格的数据集，其中的边不需要和坐标轴平行

`image` 普通2D图片

类或方法	说明
`Image`	用于在3D场景展示2D图片的类

`assembly` 图形对象组合

类或方法	说明
`Group`	创建包含通用对象组
`Assembly`	组合多个对象，将其视为单个的新对象
`procrustes_alignment`	使用`procrustes`算法对齐若干网格对象，放在`Assembly`中返回

`pyplot` 高级绘制功能

类或方法	说明
`Figure`	图形的格式化类
`Histogram1D`	1D直方图
`Histogram2D`	2D直方图
`PlotXY`	在x和y坐标系进行绘制的图形类
`PlotBars`	绘制柱状图的图形类
`plot`	绘制2D的线图或点图，变量x对应变量y
`histogram`	根据1D和2D数组生成直方图
`fit`	带有参数误差和误差带的多项式拟合。支持x和y的误差带。
`pie_chart`	圆环图或饼图
`violin`	小提琴图
`whisker`	从一维数据集创建箱形图中间的条带
`streamplot`	生成矢量场域的流线图
`matrix`	生成矩阵，或一个带标签的2D颜色编码图
`DirectedGraph`	有向图。由节点和连接节点的边组成的图，节点不需要位置信息，其位置只由相互之间的联系决定。

`core` 为不同的vedo对象提供功能的基类

类或方法	说明
`DataArrayHelper`	仅内部使用。协助类管理与点、面相关的数据
`CommonAlgorithms`	公共方法
`PointAlgorithms`	点云的方法
`VolumeAlgorithms`	立体对象的方法

`transformations` 线性或非线性变换

类或方法	说明
`LinearTransform`	线性变换
`NonLinearTransform`	非线性变换
`TransformInterpolator`	在线性变换之间插值
`spher2cart`	球形坐标转换为笛卡尔坐标
`cart2spher`	笛卡尔坐标转换为球形坐标
`cart2cyl`	笛卡尔坐标转换为圆柱坐标
`cyl2cart`	圆柱坐标转换为笛卡尔坐标
`cyl2spher`	圆柱坐标转换为球形坐标
`spher2cyl`	球形坐标转换为圆柱坐标
`cart2pol`	笛卡尔坐标转换为极坐标
`pol2cart`	极坐标转换为笛卡尔坐标

笛卡尔坐标系是直角坐标系和斜坐标系的统称。

2.3 附加功能和配置

`addons` 添加附带的轴、图例、光源等

类或方法	说明
`ScalarBar`	2D标度条
`ScalarBar3D`	3D标度条
`Slider2D`	2D滑块
`Slider3D`	3D滑块
`Icon`	添加图标网格
`LegendBox`	2D图例框
`Light`	光源
`Axes`	自定义轴
`RendererFrame`	渲染框线
`Ruler2D`	2D标尺
`Ruler3D`	3D标尺
`RulerAxes`	标尺轴
`DistanceTool`	测距工具
`DrawingWidget` `SplineTool`	曲线工具
`Goniometer`	角度计
`ButtonWidget` `Button`	按钮
`Flagpost`	描述性标记
`ProgressBarWidget`	进度条
`BoxCutter`	立方体切割控件
`PlaneCutter`	平面切割控件
`SphereCutter`	球体切割控件

`applications` 可交互的功能

类或方法	说明
`Browser`	通过一个滑块查看一系列的vedo对象
`IsosurfaceBrowser`	生成由滑块控制的体积等值面
`FreeHandCutPlotter`	编辑网格的工具
`RayCastPlotter`	使用光线投射做立体渲染
`Slicer2DPlotter`	面向相机的一个切片，可以任意朝向
`Slicer3DPlotter`	创建带有切面的渲染窗口
`Slicer3DTwinPlotter`	创建两个并行的带有3D切片器的立体图形
`MorphPlotter`	带有3个渲染窗口的绘制器，分别表示源、目标和扭曲的网格
`SplinePlotter`	可以交互式的画曲线的绘制器
`AnimationPlayer`	带有播放/暂停、快进/后退和滑块功能的绘制器

`file_io` 读入和导出

类或方法	说明
`load`	从文件或链接导入vedo对象
`read`	从文件读取vedo对象
`download`	从URL检索对象，存到本地，返回本地路径
`gunzip`	解压`.gz`文件到临时文件，返回临时文件的路径
`loadStructuredPoints`	从文件导入`vtkStructuredPoints`对象
`loadStructuredGrid`	从文件导入`vtkStructuredGrid`对象
`write`	将对象存到文件。支持的文件格式：vtk、vti、ply、obj、stl、byu、vtp、vti、mhd、xyz、xml、tif、png、bmp
`save`	将对象存到文件
`export_window`	把渲染场景导出到HTML、X3D或Numpy文件
`import_window`	从Numpy的NPZ文件导入整个场景
`load_obj`	从OBJ文件导入网格对象集
`screenshot`	保存当前渲染窗口的截图
`ask`	在命令行问问题，返回字符串格式的回答。
`Video`	从某个渲染窗口生成视频

`utils` 公用工具

类或方法	说明
`OperationNode`	用于跟踪操作
`ProgressBar`	在终端打印进度条的类
`progressbar`	在终端打印进度条的方法
`Minimizer`	使用Nelder-Mead算法的函数最小值查找器
`geometry`	使用`vtkGeometryFilter`。用于从任意类型的数据集中提取几何图形
`is_sequence`	检查输入对象是否可迭代
`lin_interpolate`	把`rangeX`范围内的变量`x`线性插入`rangeY`范围
`vector`	返回表示向量的3D numpy数组
`mag`	获取向量或向量组的长度
`mag2`	获取向量或向量组长度的平方
`versor`	返回单位向量
`precision`	返回以指定精度表示的值的字符串
`round_to_digit`	把实数舍入到指定有效位数
`point_in_triangle`	判断一个点是否在另外三个点组成的三角形内
`point_line_distance`	计算一个点到另外两个点连线的距离
`closest`	返回给定的点和点集中距离最近的点
`grep`	过滤文件中以特定标志开头的行
`make_bands`	把列表中的值分到等值的波段中。
`pack_spheres`	把球体打包到边界框中
`humansort`	以人更期望的方式对列表进行排序，就地修改原列表
`print_histogram`	在终端打印直方图
`print_inheritance_tree`	打印类的继承树
`camera_from_quaternion`	定义带有特定方向的`vtkCamera`
`camera_from_neuroglancer`	从neuroglancer状态字典定义`vtkCamera`
`camera_from_dict`	从字典定义`vtkCamera`
`camera_to_dict`	把`vtkCamera`转为字典
`oriented_camera`	生成指向特定方向的`vtkCamera`对象，有确定的顶部方向，设置回退。
`vedo2trimesh`	把`vedo.mesh.Mesh`对象转为`Trimesh.Mesh`对象
`trimesh2vedo`	把`Trimesh.Mesh`对象转为`vedo.mesh.Mesh`或`vedo.Assembly`对象
`vedo2meshlab`	把`vedo.mesh.Mesh`对象转为Meshlab对象
`meshlab2vedo`	把Meshlab对象转为`vedo.mesh.Mesh`对象
`vedo2open3d`	把`vedo.mesh.Mesh`对象转为`open3d.geometry.TriangleMesh`格式
`open3d2vedo`	把`open3d.geometry.TriangleMesh`转为`vedo.mesh.Mesh`对象
`vtk2numpy`	把`vtkDataArray`、`vtkIdList`或`vtTransform`转为numpy数组
`numpy2vtk`	把numpy数组转为`vtkDataArray`
`get_uv`	由平面上的点x和它对应的uv坐标，求平面上另一点p的UV纹理坐标
`andrews_curves`	计算给定数据的Andrews曲线。